DE69708066T2

DE69708066T2 - Beschichtetes schleifmittel und unterlage dafür

Info

Publication number: DE69708066T2
Application number: DE69708066T
Authority: DE
Inventors: J. Ball; Nigel Davison
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1996-03-07
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: GB2310864B; US5984989A; GB2310864A; JP2001527468A; BR9707841A; DE69708066D1; EP0885091B1; GB9604855D0; KR19990087574A; CN1213333A; CA2247202A1; WO1997032693A1; EP0885091A1

Description

Diese Erfindung betrifft beschichtete Schleifmittel und einen Träger für beschichtete Schleifmittel, der Papier mit einem geringen Flächengewicht, das auf mindestens einer Seite eine extrudierte Polymerbeschichtung trägt, umfaßt.
Papier ist wahrscheinlich das am häufigsten verwendete Trägermaterial für beschichtete Schleifflächengebilde, überwiegend deshalb, weil es kostengünstig ist, in einer Vielzahl von Stärken und Festigkeiten verfügbar ist und chemischen Behandlungen, welche seine physikalischen und chemischen Eigenschaften modifizieren, zugänglich ist. Nichtsdestoweniger besteht ein anhaltendes Interesse daran, Trägermaterialien mit verbesserten physikalischen Eigenschaften und/oder geringeren Rohmaterialkosten zu entwickeln.
Ein besonderes Problem, durch das herkömmliche Schleifflächengebilde vom Papiertyp, insbesondere leichtgewichtigerem, gekennzeichnet sind, ist das des "Abblätterns" oder Mineralverlusts, wenn das Flächengebilde auf sich selbst umgeknickt oder um eine Rundung mit geringem Radius gewickelt wird. In extremen Fällen können beträchtliche Anteile der Beschichtung (Mineral plus Bindemittel) abblättern. Es wird angenommen, daß das Problem darauf zurückzuführen ist, daß die Zugbeanspruchungen durch das Schleifmittel/Papier-Laminat ungleichmäßig sind, was es Rissen durch die Schleifmittelschicht erlaubt, sich entlang der Harz/Papier-Grenzfläche fortzupflanzen, was dazu führt, daß die Beschichtung durch Delaminierung von der Papieroberfläche abblättert. Das Problem kann durch Verwendung eines flexiblen Bindemittelschichtklebstoffs anstelle eines Harnstoff-Formaldehyd-Bindemittelschichtharzes, welches spröder ist, gemildert werden. Dies erhöht jedoch die Kosten des Produktes beträchtlich.
US-A-4,606,154 erläutert das Problem der Haftung von Schleifkörnern auf einem dehnbaren Substrat und schlägt als Lösung die Verwendung eines Textilsubstrates und einer elastischen (gummiartigen) Zwischenschicht zwischen dem Substrat und einer herkömmlichen Beschichtung von Schleifmineral vor.
Wird "unbehandeltes" Papier als Träger für beschichtete Schleifflächengebilde verwendet, ist für eine hinreichende Festigkeit und Haltbarkeit im allgemeinen ein Flächengewicht von mindestens 200 g/m² erforderlich, wobei Rollenpapier mit einem Flächengewicht von 250 bis 300 g/m² typisch ist. "Unbehandelt" bezieht sich in diesem Zusammenhang auf Papier, welches nach seiner Herstellung im trockenen Zustand keinen chemischen Behandlungen (insbesondere Beschichtung oder Imprägnierung mit Harzen) mehr unterzogen wurde. Die Behandlung von Papieren durch Beschichtung oder Imprägnierung mit Harzen wird im allgemeinen durchgeführt, um dem Papier wasserfeste und ölbeständige Eigenschaften zu verleihen, kann aber auch seine Zugfestigkeit und Haltbarkeit erhöhen. Daher umfassen Schleifflächengebilde, die zum Naßschleifen gedacht sind, häufig einen Träger aus lateximprägniertem Papier mit einem Flächengewicht von viel weniger als 200 g/m². Die Verwendung eines Lateximprägniermittels erhöht jedoch die Herstellungskosten beträchtlich, sowohl von den Rohmaterialien als auch der zum Trocknen oder Härten des Latex erforderlichen Energie her gesehen. Darüber hinaus kann das Lateximprägniermittel mit vielen der gewöhnlich verwendeten Bindemittelschicht- und Deckschichtharze unverträglich sein, wie in EP-A-0 237 784 beschrieben.
Die Verwendung von Verbundwerkstoffen, die eine Schicht aus Papier und eine Schicht aus Polymerfolie umfassen, als Trägermaterialien für beschichtete Schleifmittel ist in GB-A-1 451 331 offenbart. Dieses Patent offenbart ein Schleifflächengebilde mit einem Träger, der ein Laminat aus mindestens einem faserigen Flächengebilde, normalerweise Papier, und einem dimensionsstabilen vorgefertigten Flächengebilde aus Kunststoffmaterial umfaßt, wobei das eine Flächengebilde aus faserigem Material an einer Seite des Laminates freiliegt, und einem auf die entgegengesetzte Oberfläche des Laminates gebundenen gehärteten Klebstoff, wobei in den Klebstoff Schleifkörner eingebettet sind. Obgleich es möglich sein soll, das Schleifmittel direkt auf das Kunststoffmaterial aufzutragen, wird davon abgeraten und bevorzugte Ausführungsformen umfassen ein zweites faseriges Flächengebilde zwischen dem Kunststoffmaterial und dem Schleifmittel. Die Verbindung zwischen der Papier- und der Kunststoffschicht wird durch einen Klebstoff hergestellt und der angegebene Vorteil ist eine Verbesserung in der Dimensionsstabilität.
EP-A-0 237 784 offenbart ein Substrat als Träger für eine Klebstoffdeckschicht für Schleifkorn, wobei das Substrat ein latexbehandeltes Trägerflächengebilde und eine oben auf dem Trägerflächengebilde angeordnete Schicht aus neutralem Sperrmaterial umfaßt, wobei das neutrale Sperrmaterial dafür ausgelegt ist, die Deckschicht auf das Trägerflächengebilde zu kleben und gleichzeitig das Trägerflächengebilde und die Deckschicht zu trennen, um das Härten der Deckschicht ohne Störwirkung von dem Trägerflächengebilde und dem neutralen Sperrmaterial zu erlauben. In bevorzugten Ausführungsformen liegt das neutrale Sperrmaterial in Form einer extrudierten Schicht aus polymerem Material, wie Polyethylen oder ähnlichen Materialien, vor. Das latexbehandelte Trägerflächengebilde ist als ein latexbehandelter oder -imprägnierter Papierschichtträger, typischerweise 15 bis 100 Teile festes Imprägniermittel pro 100 Teile Papier umfassend, beschrieben. Der Zweck des Sperrmaterials ist der, zu verhindern, daß das Lateximprägniermittel mit dem zum Fixieren des Schleifkorns verwendeten Klebstoff wechselwirkt.
EP-A-0 587 171 und US-A-5,286,541 offenbaren ein beschichtetes Schleifmaterial mit einem flexiblen Trägerelement, umfassend in Kombination ein flexibles unteres Papierelement mit Ober- und Unterseite und eine auf der Oberseite des unteren Elements haftende Polymerfolienschicht und eine auf der Oberfläche der Folienschichtkomponente des Trägerelements haftende Bindemittelschicht, wobei die Bindemittelschicht Schleifkörner aufweist, die darauf fixiert sind, wobei die Schälhaftung zwischen der Folienschicht und der darauf haftenden Bindemittelschicht größer ist als die Lagenhaftfestigkeit des unteren Papierelements. US-A-5,286,541 erwähnt Papier mit einem Flächengewicht von 220 g/m² als Träger. Die dargelegten Vorteile sind eine glattere Oberfläche für das Trägerelement (nützlich im Falle von feinkörnigen Schleifmitteln) und eine verringerte Neigung zum Absplittern der Kanten, wenn Scheiben aus dem Schleifmaterial zum Abschleifen von Autokarosserienähten verwendet werden. Die Papierkomponente des Trägerelements wird als beliebiges Papier, wie es jetzt üblicherweise als Trägerelement bei beschichtetetem Schleifmaterial verwendet wird, beschrieben und als Beispiel wird 288 g/m² Rollenpapier angeführt. Die bevorzugte Polymerfolie ist ein Ionomer, wie das Zinksalz eines Ethylen/Acrylsäure-Copolymers, obgleich andere Materialien, wie chemisch modifizierte Polyolefine und Polyamide, auch geeignet sein sollen.
Die vorstehend erwähnten Dokumente lehren das Behandelndes Papiers oder das Laminieren eines Papiers auf ein anderes Substrat. Im allgemeinen erhöhen die bekannten Behandlungs- und/oder Laminierungsschritte die Kosten des Papierschichtträgers, sowohl von den Rohmaterialien als auch der Verarbeitung her gesehen.
Was in der Schleifindustrie gewünscht ist, ist ein kostengünstiges Papier, daß trotzdem die passenden Eigenschaften, die für einen Träger für ein beschichtetes Schleifmittel notwendig sind, aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein beschichtetes Schleifflächengebilde bereit, umfassend:
(a) ein Trägersubstrat mit mindestens einer Hauptoberfläche,
(b) eine Vielzahl von Schleifkörnern,
(c) ein Bindemittel, das die Vielzahl von Schleifkörnern an die mindestens eine Hauptoberfläche des Trägersubstrates bindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat Papier mit einem Flächengewicht von nicht mehr als 150 g/m², welches im wesentlichen frei von Lateximprägnierungsmitteln ist, umfaßt und auf der mindestens einen Hauptoberfläche mit der Vielzahl von Schleifkörnern ein oder mehrere extrudierte Schichten von einem thermoplastischen Polymer aufweist, und ein Verfahren gemäß Anspruch 12.
Die Erfindung macht die Verwendung von billigen leichtgewichtigen Papieren als Trägersubstrat für beschichtete Schleifflächengebilde möglich. Ohne die extrudierten Polymerbeschichtungen, würden solche kostengünstigen leichtgewichtigen Papiere im allgemeinen ungenügende physikalische Eigenschaften zur Verwendung als wirksamer Träger für flexible, delaminierungsbeständige beschichtete Schleifmittel aufweisen. Selbst mit den zusätzlichen Kosten der extrudierten Polymerbeschichtung können die Nettokosten des in der Erfindung verwendeten Verbundstoffträgersubstrats beträchtlich geringer sein als die Kosten von herkömmlichem Trägerpapier.
Das in dem Trägersubstrat in den Schleifmaterialien der Erfindung verwendete Papier hat ein Flächengewicht von nicht mehr als 150 g/m², bevorzugt weniger als 120 g/m² und kann nur 50 g/m² betragen. Das Papier erfordert nicht die Anwesenheit eines Lateximprägniermittels und ist im wesentlichen frei von Lateximprägniermitteln. "Im wesentlichen frei von Lateximprägniermitteln" bedeutet, daß das Papier nicht mehr als 5 Gew.-% Lateximprägniermittel enthält. Im allgemeinen enthält das Papier weniger als 3 Gew.-% Lateximprägniermittel und ist bevorzugt frei von Lateximprägniermitteln.
Ebenso ist es bevorzugt, daß das Papier im wesentlichen frei, stärker bevorzugt frei, von jeglichen Imprägniermitteln vom Klebstofftyp ist. Ein Beispiel für ein geeignetes Papier ist "Swan White X", im Handel erhältlich von Wisa Forest (UK) Limited.
Neben diesen Kosteneinsparungen ist es durch geeignete Auswahl des thermoplastischen Polymers und der Verarbeitungsbedingungen möglich, Schleifflächengebilde herzustellen, die im Vergleich zu Produkten mit herkömmlichem Papierträger eine deutlich verbesserte Leistung aufweisen. Ein bedeutender Vorteil ist die verbesserte Flexibilität, die sich als Beständigkeit gegen Rißbildung und Delaminierung offenbart, wenn das Flächengebilde gefaltet wird oder gezwungen wird, sich an eine Rundung von geringem Radius anzupassen, wobei angenommen wird, das dies dadurch erreicht wird, daß die Rißausbreitungsenergie durch die thermoplastische Schicht aufgenommen wird. Andere Vorteile können sich in der Haltbarkeit, Gebrauchslebensdauer und Schnittleistung zeigen. Darüber hinaus werden diese Vorteile selbst dann behalten, wenn als Bindemittelschichtklebstoff ein kostengünstiges sprödes Harnstoff-Formaldehyd-Harz verwendet wird.
Es kann ein breites Spektrum thermoplastischer Polymere auf das Papier extrudiert werden. Beispiele für solche Polymere schließen Polyethylen niederer Dichte, Ethylen- Butylacrylat-Copolymere, Ethylen-Methylacrylat-Copolymere, Ethylen-Acrylsäure-Copolymere, Polyurethane, Polyamide und Polyester und dergleichen und Kombinationen davon ein. Ein zur Verwendung in der Erfindung bevorzugtes Polymer ist das Ethylen- Butylacrylat-Polymer. Das Schichtgewicht der extrudierten Polymerschicht(en) liegt im allgemeinen im Bereich von 5 bis 50 g/m², bevorzugt 20 bis 35 g/m², stärker bevorzugt 25 bis 30 g/m². Das thermoplastische Polymer kann als einzelne Schicht extrudiert werden oder es können zwei oder mehr Schichten des thermoplastischen Polymers auf das Papier coextrudiert werden. Polymere, wie Polyethylen niederer Dichte, sind relativ billig und können direkt auf das Papier extrudiert und mit einer Schicht eines teureren thermoplastischen Polymers, wie Ethylen-Butylacrylat-Copolymer, überzogen werden. Dies verringert die Kosten der thermoplastischen Polymere, während die erwünschten Eigenschaften des Ethylen-Butylacrylat-Copolymers behalten werden.
Geeignete Extrusionsbeschichtungsverfahren sind in R. H. Cramm, "Extrusion Coating ", Pulp and Paper: Chemistry and Chemical Technology, Herausgeber J. P. Casey, Bd. IV, 3. Aufl., WILEY-INTERSCIENCE, N.Y. (1983), S. 2501-2532 offenbart. Ein Verfahren zum Aufbringen ist ein Extrusionsbeschichtungsverfahren, wobei eine geschmolzene (engl. "hot molten") Folie des Sperrschichtmaterials mit dem Trägerflächengebilde in Kontakt gebracht wird und auf die Kombination dann durch die Verwendung von Preßwalzen Druck ausgeübt wird. Coextrusion ist ein weiteres Verfahren, bei welchem an einer einzigen Beschichtungsstation eine mehrschichtige Beschichtung mit Unterschichten von Komponenten hergestellt wird, indem die Polymerströme von zwei oder mehr Extrudern vereinigt werden. Eine Harzvermischung findet nicht statt. Stattdessen entstehen getrennte Unterschichten von Komponenten, die miteinander in innigem Kontakt stehen.
Es wurde gefunden, daß die Bindungseigenschaften zwischen dem thermoplastischen Polymer und dem Bindemittel der Schleifschicht und dem thermoplastischen Polymer und dem Trägerpapier verbessert werden können, wenn das Schleifflächengebilde während des Herstellungsverfahrens auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des thermoplastischen Polymers erwärmt wird. Bevorzugt wird das Material für mindestens 5 min. im allgemeinen 15 bis 30 min. über den Erweichungspunkt des Polymers erwärmt.
Die thermoplastische Schicht kann auch verschiedene Zusatzstoffe enthalten, um die physikalischen Eigenschaften der Schicht zu modifizieren oder deren Kosten zu verringern. Beispiele für diese Zusatzstoffe schließen Füllstoffe, Farbstoffe, Pigmente, Weichmacher, Antistatikmittel, Netzmittel, Kupplungsmittel, Verarbeitungshilfsstoffe und dergleichen ein.
Abgesehen vom Aufbau des Trägersubstrats können für den Aufbau des Schleifflächengebildes der Erfindung herkömmliche Verfahren und Materialien angewendet werden. Es kann ein beliebiges der bekannten Verfahren der Beschichtung mit Schleifmaterial verwendet werden, wie Beschichtung als Aufschlämmung, elektrophoretische Beschichtung, Gravitationsbeschichtung (engl. "drop coating") usw.
Das beschichtete Schleifmittel umfaßt typischerweise einen Träger mit einer ersten Bindemittelschicht. Die erste Bindemittelschicht wird gewöhnlich als Bindemittelschicht (engl. "make coat") bezeichnet und bindet die Schleifkörner an den Träger. Über den Schleifkörnern befindet sich eine zweite Bindemittelschicht. Diese zweite Bindemittelschicht wird gewöhnlich als Deckschicht (engl. "size coat") bezeichnet und verstärkt die Schleifkörner. Gegebenenfalls kann über der zweiten Bindemittelschicht eine dritte Bindemittelschicht, oft als Überschicht (engl. "supersize coat") bezeichnet, vorhanden sein. Die Schleifbeschichtung kann ein beliebiges Gemisch aus unterschiedlichen Größen und Typen von Schleifkörnern umfassen. Die Schleifbeschichtung kann in Form einer gleichmäßigen Schicht vorliegen oder musterartig auf das Substrat aufgetragen sein.
Es kann ein breites Spektrum bekannter Bindemittelschicht- und Deckschichtharze verwendet werden, einschließlich strahlungsgehärteter Harzsysteme und Schmelzharzsysteme. Nichteinschränkende Beispiele für geeignete Harze schließen Phenolharze, Epoxidharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Acrylatharze, Urethanharze und ethylenisch ungesättigte Harze und Kombinationen davon ein. Beispiele für geeignete Harnstoff-Formaldehyd-Harzzusammensetzungen sind in WO94/06839 und PCTIUS95/09667 offenbart. Geeignete Schmelzharze sind in US-A-5,436,063, WO95/11111 und EP-A-0 638 392 offenbart.
Die Bindemittel- und Deckbeschichtungen können andere Materialien, wie sie gewöhnlich in Schleifgegenständen verwendet werden, enthalten. Diese Materialien, die als Zusatzstoffe bezeichnet werden, schließen Füllstoffe, Schleifhilfsmittel, Kupplungsmittel, Antistatikmittel, Netzmittel, Gleitmittel, Farbstoffe, Pigmente, Weichmacher, Trennmittel oder Kombinationen davon ein. Füllstoffe können auch als Zusatzstoffe in der ersten und zweiten Bindemittelschicht verwendet werden. Sowohl zugunsten der Wirtschaftlichkeit als auch vorteilhafter Ergebnisse sind Füllstoffe typischerweise in einer Menge von nicht mehr als etwa 50% in der Bindemittelschicht oder etwa 70% in der Deckschicht, bezogen auf das Gewicht des Klebstoffs, vorhanden. In vielen Fällen kann, dank der Undurchlässigkeit des extrudierten Polymerfilms, ein im Vergleich zu Schleifflächengebilden, die auf einem herkömmlichen Papierträger hergestellt sind, ein geringeres Schichtgewicht des zum Fixieren der Schleifkörner auf dem Träger verwendeten Bindemittelschichtharzes verwendet werden. Die Erfindung erlaubt auch die Verwendung von kostengünstigen spröden Harzen, um die teureren flexiblen Harze zu ersetzen. Dies bedeutet eine weitere Einsparung bei Rohmaterialien und Energie.
Die vorstehend beschriebenen Schleifgegenstände können 100% eines einzelnen Schleifkorns enthalten. In einer anderen Ausführungsform kann der Schleifgegenstand eine Mischung oder ein Gemisch aus unterschiedlichen Schleifkörnern umfassen. Das Mineral kann zu 30% bis 100%, bevorzugt 50% bis 100%, aufgetragen werden, um entweder einen offenen oder einen geschlossenen Schichtaufbau zu erzeugen. Diese herkömmlichen Schleifkörner schließen Schmelzaluminiumoxid (engl. "fused alumina"), wärmebehandeltes Aluminiumoxid, weißes Schmelzaluminiumoxid, Siliciumdioxid, Siliciumcarbid, Titandiborid, Borcarbid, Wolframcarbid, Titancarbid, Diamant, kubisches Bornitrid, Granat, Schmelzaluminiumoxidzirconiumdioxid, andere Sol-Gel-Schleifkörner und dergleichen ein. Die Diamant- und die kubischen Bornitridschleifkörner können monokristallin oder polykristallin sein. Die Teilchengröße dieser herkömmlichen Schleifkörner kann im Bereich von 0,01 bis 1500 um liegen, typischerweise zwischen 1 und 1000 um. Die Schleifkörner können auch eine organische oder anorganische Beschichtung enthalten. Solche Oberflächenbeschichtungen sind z.B. in US-A-5,011,508, 1,910,444, 3,041,156, 5,009,675, 4,997,461, 5,213,951, 5,085,671 und 5,042,991 beschrieben.
Das beschichtete Schleifmittel kann eine Überschicht enthalten, welche das beschichtete Schleifmittel vor "Beladung" schützt. "Beladung" ist der Begriff, der verwendet wird, um das Füllen der Zwischenräume zwischen den Schleifkörnern mit Schleifstaub (dem Material, das vom Werkstück abgeschliffen wird) und das nachfolgende Aufbauen dieses Materials zu beschreiben. Beim Holzschleifen z.B. setzt sich der Holzteilchen umfassende Schleifstaub in den Zwischenräumen zwischen den Schleilkörnern ab, wodurch die Schnittfähigkeit der Schleifkörner dramatisch verringert wird. Beispiele für solche beladungsbeständigen Materialien schließen Metallsalze von Fettsäuren, z.B. Zinkstearat, Calciumstearat, Lithiumstearat, Harnstoff-Formaldehyd, Wachse, Mineralöle, vernetzte Silane, vernetzte Silicone, fluorchemische Verbindungen und Kombinationen davon ein. Die Schleifmaterialien können in einer Vielzahl von Gestalten und Formen, z.B. Bändern, Scheiben, Flächengebilden, Streifen, Daisies und dergleichen hergestellt werden. Eine Vielzahl von Scheiben können zu einer Scheibenrolle weiterverarbeitet werden, wie in US-A- 3,849,849 offenbart.
In einer Ausführungsform wird auf die Rückseite des beschichteten Schleifmittels ein Haftklebstoff aufgetragen, so daß das erhaltene beschichtete Schleifmittel auf einem Backup-Block befestigt werden kann. In einer anderen Ausführungsform kann das beschichtete Schleifmittel ein Klettverschluß-Befestigungssystem enthalten, um das beschichtete Schleifmittel auf dem Backup-Block zu befestigen. Das Ösengewebe kann sich auf der Rückseite des beschichteten Schleifmittels befinden und die Haken auf dem Backup-Block. In einer anderen Ausführungsform können sich die Haken auf der Rückseite des beschichteten Schleifmittels befinden und die Ösen auf dem Backup-Block. Dieses Klettverschluß- Befestigungssystem ist in US-A-4,609,581 und 5,254,194 und WO95/19242 näher beschrieben.
In einigen Fällen ist es bevorzugt, auf der Rückseite des beschichteten Schleifmittels einen Haftklebstoff anzubringen, so daß das erhaltene beschichtete Schleifmittel auf einem Backup-Block befestigt werden kann. Typische Beispiele für Haftklebstoffe, die für diese Erfindung geeignet sind, schließen Latexcrêpe, Kolophonium, Acrylpolymere und -copolymere, z.B. Polybutylacrylat, Polyacrylatester, Vinylether, z.B. Polyvinyl-n-butylether, Alkydharzklebstoffe, Kautschukklebstoffe, z.B. Naturkautschuk, Synthesekautschuk, Chlorkautschuk, und Gemische davon ein. Der bevorzugte Haftklebstoff ist ein Isooctylacrylat-Acrylsäure-Copolymer.
Das Flächengebilde der Erfindung kann in Form eines beschichteten Schleifgegenstandes vom Läpptyp vorliegen. Ein beschichteter Schleifgegenstand vom Läpptyp umfaßt einen Träger mit einer an den Träger gebundenen Schleifbeschichtung. Die Schleifbeschichtung umfaßt ein Gemisch aus Schleifkörnern, die in einem Bindemittel verteilt sind. In einigen Fällen bindet das Bindemittel diese Schleifbeschichtung an den Träger. Typischerweise ist die Teilchengröße dieser Schleifkörner durchschnittlich kleiner als etwa 200 um. Die Schleifbeschichtung kann texturiert oder gemustert sein. Die Schleifbeschichtung kann ferner auch Zusatzstoffe, die nachstehend besprochen werden, umfassen.
Das Flächengebilde der Erfindung kann in Form eines strukturierten Schleifgegenstandes vorliegen. Ein strukturierter Schleifgegenstand umfaßt einen Träger mit einer an den Träger gebundenen Vielzahl von präzise geformten Schleifverbundstoffen. Diese Schleifverbundstoffe umfassen ein Gemisch aus Schleifkörnern, die in einem Bindemittel verteilt sind. In einigen Fällen bindet das Bindemittel die Schleifverbundstoffe an den Träger. Typischerweise ist die Teilchengröße dieser Schleifkörner durchschnittlich kleiner als etwa 200 um. Die Schleifbeschichtung kann eine texturierte oder gemusterte äußere Oberfläche aufweisen. Diese Schleifverbundstoffe können ferner auch Zusatzstoffe, die nachstehend besprochen werden, umfassen. Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung ist, daß Farbstoffe und/oder Pigmente leicht in das auf das Papier extrudierte thermoplastische Polymer eingearbeitet werden können. So ist es möglich, eine Palette von Trägersubstraten in unterschiedlichen Farben herzustellen, z.B. als Code für unterschiedliche Körnungen des Schleifmittels, und dieselbe Beschichtungsapparatur wie für farblose Bindemittelschicht- oder Deckschichtharze zur Herstellung unterschiedlich gefärbter beschichteter Schleifflächengebilde zu verwenden, ohne daß das Reinigen der Beschichtungsapparatur erforderlich wird, welches nötig wäre, wenn gefärbte Materialien durch Einarbeiten eines Pigmentes in die Bindemittelschicht- oder Deckschichtharze hergestellt werden.
Die Flächengebilde der Erfindung können durch Beschichtungsverfahren hergestellt werden, die auf dem Fachgebiet bekannt sind. Ein Schleifmaterial, umfassend Bindemittel-, Deck- und Überschicht, kann z.B. wie folgt hergestellt werden, wobei sich Hinweise auf Beschichtungsvorstufen auf Beschichtungszusammensetzungen vor dem Härten beziehen.
Die Bindemittelschichtvorstufe wird durch ein beliebiges herkömmliches Verfahren, wie Sprühbeschichtung, Walzenbeschichtung, Schmelzbeschichtung, Pulverbeschichtung, Transferbeschichtung, Auftragen als Schmelze oder Rakelstreichverfahren, über das extrusionsbeschichtete Papier aufgetragen. Die Schleifkörner werden vor dem Trocknen oder teilweisen Härten in die Bindemittelschichtvorstufe geworfen. Typischerweise werden die Schleifkörner durch ein elektrostatisches Beschichtungsverfahren gerichtet geworfen. Dann wird die Deckschichtvorstufe durch ein beliebiges herkömmliches Verfahren über die Schleifkörner aufgebracht. Schließlich wird die Überschichtvorstufe durch ein beliebiges herkömmliches Verfahren über die Deckschicht aufgebracht.
Das extrusionsbeschichtete Trägerpapier kann auch in einen strukturierten Schleifgegenstand oder einen beschichteten Schleifgegenstand vom Läpptyp eingearbeitet werden.
Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Schleifmittels sind in US-A-5,152,917 und 5,435,816 beschrieben. Ein Verfahren umfaßt 1) das Einbringen der Schleifmittelaufschlämmung in ein Fertigungswerkzeug, wobei das Fertigungswerkzeug ein vorgegebenes Muster aufweist, 2) das Einbringen eines Trägers auf die äußere Oberfläche des Fertigungswerkzeuges, so daß die Aufschlämmung eine Hauptoberfläche des Trägers benetzt, wodurch ein Zwischenerzeugnis hergestellt wird, 3) das mindestens teilweise Härten oder Gelieren des Harzklebstoffs bevor sich das Zwischenerzeugnis von der äußeren Oberfläche des Fertigungswerkzeuges löst, wodurch ein beschichteter Schleifgegenstand hergestellt wird, und 4) das Entfernen des beschichteten Schleifgegenstandes aus dem Fertigungswerkzeug. Ein anderes Verfahren umfaßt 1) das Aufbringen der Schleifmittelaufschlämmung auf den Träger, so daß die Aufschlämmung die Vorderseite des Trägers benetzt, wodurch ein Zwischenerzeugnis hergestellt wird, 2) das Einbringen des Zwischenproduktes in ein Fertigungswerkzeug mit einem vorgegebenen Muster, 3) das mindestens teilweise Härten oder Gelieren des Harzklebstoffs bevor sich das Zwischenerzeugnis von der äußeren Oberfläche des Fertigungswerkzeuges löst, wodurch ein beschichteter Schleifgegenstand hergestellt wird, und 4) das Entfernen des beschichteten Schleifgegenstandes aus dem Fertigungswerkzeug. Besteht das Fertigungswerkzeug aus einem transparenten Material, z.B. einem Polypropylen- oder Polyethylenthermoplast, dann kann entweder sichtbares oder ultraviolettes Licht durch das Fertigungswerkzeug und in die Schleifmittelaufschlammung gestrahlt werden, um den Harzklebstoff zu härten. Bei diesen zwei Verfahren weist die erhaltene verfestigte Schleifmittelaufschlammung oder der Schleifverbundstoff das inverse Muster des Fertigungswerkzeuges auf. Durch mindestens teilweises Härten oder Festwerden auf dem Fertigungswerkzeug weist der Schleifverbundstoff ein präzises und vorbestimmtes Muster auf. Der Harzklebstoff kann außerhalb des Fertigungswerkzeuges weiter verfestigt oder gehärtet werden.
Für ein beschichtetes Läppmittel wird die Schleifmittelaufschlammung auf mindestens eine Seite des Trägers aufgetragen. Dieses Beschichten kann durch Sprühen, Gravurstreichverfahren, Walzenbeschichtung, Tauchbeschichtung oder Rakelstreichverfahren erfolgen. Nach dem Beschichtungsvorgang wird der Harzklebstoff verfestigt, indem er einer Energiequelle ausgesetzt wird. Diese Energiequellen können thermische und Strahlungsenergie (z.B. Elektronenstrahl, ultraviolettes Licht und sichtbares Licht) einschließen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Läppmittels ist auch in US-A-4,773,920 offenbart.
Die Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele veranschaulicht, wobei die folgenden Abkürzungen verwendet werden:
BLMFX- gebleichtes, zweifach kalandriertes Papier, im Handel erhältlich unter dem Handelnamen "Swan White X" von Wisa Forest (UK) Limited
LDPE - Polyethylen niederer Dichte mit einem Schmelzindex im Bereich von 2-16
EBA - Ethylen/Butylacrylat-Copolymer mit einem Acrylatgehalt von etwa 17%
EMA - Ethylen/Methylacrylat-Copolymer mit einem Acrylatgehalt von etwa 17%
EAA - Ethylen/Acrylsäure-Copolymer mit einem Acrylatgehalt von etwa 17%
Surlyn - Handelsbezeichnung für ein Ionomerharz, welches ein Zinksalz eines Ethylen/Acrylsäure-Copolymers ist, im Handel erhältlich von der E. I. DuPont Company, Wilmington, D. E.

Beispiel 1

Proben beschichteter Schleifflächengebilde wurden unter Verwendung von Schmelzaluminiumoxidschleifteilchen der Körnung P80 oder P180 hergestellt. Die Formulierungen der Bindemittel- und Deckschicht in Gewichtsteilen waren folgende:

Formulierung der Deckschicht (beide Mineralkörnungen)

Harnstoff-Formaldehyd-Harz 1,0
Vinylacetat/Vinylchlorid/Ethylen-Copolymer 0,33
Ammoniumchlorid/Hexamin-Harz-Härter 0,1
Nach dem Auftragen der Bindemittelschicht durch Walzenbeschichtung und dem elektrostatischen Auftragen der Schleifteilchen wurde das Flächengebilde 14 min bei 66ºC gehärtet.
Nach dem Aufbringen der Deckschicht wurde die Beschichtung gehärtet, indem die Temperatur auf 65ºC erhöht und diese Temperatur etwa 1 h gehalten wurde.
Über die hergestellten Proben wird in der folgenden Tabelle berichtet, wobei 120 BLMFX/10LDPE/15EBA 120 g/m² Papier mit einer extrudierten Schicht aus 10 g/m² Polyethylen niederer Dichte und 15 g/m² Ethylen-Butylacrylat-Copolymer bedeutet und bei den restlichen Trägern die gleiche Kennzeichnung verwendet wird.
Das Papier wurde vor dem Aufbringen der extrudierten Schicht Korona-behandelt.
* im Handel erhältlich von Arjo Wiggins S.A.
Die Proben 1 und 2 wiesen im Vergleich zu Probe 3, die keinen extrudierten Polymerfilm aufwies, eine verbesserte Flexibilität und Delaminierungsbeständigkeit auf, wobei Probe 1 besser als Probe 2 war. Die Delaminierungsbeständigkeit wurde als Beständigkeit gegen Abblättern bewertet, wenn das Flächengebilde gefaltet oder zu einer engen Rundung gebogen wurde.
Probe 4 zeigte im Vergleich zu Probe 5, welche ein typisches Beispiel für im Handel erhältliche beschichtete Schleifmittel ist, eine stark verbesserte Flexibilität und Delaminierungsbeständigkeit.
Folgende weitere Versuche wurden unter Verwendung der Mineralkörnungen P80 und P180 und der vorstehenden Bindemittel- und Deckschichtformulierungen durchgeführt.
Alle Proben ließen sich ohne weiteres auf einer Standardanlage zur Schleifmittelauftragung beschichten und wurden mit einer Überschicht überzogen, die umfaßte:
81,3% "Nopco 1097A", im Handel erhältlich von Henkel Chemical Limited, Leeds, England, 16,3% "Vinacryl 71322", im Handel erhältlich von Vinamul Limited, Carshalton, Surrey England, 0,8% "FC 96", im Handel erhältlich von 3M United Kingdom plc, und 1,6% Wasser.
Die Überschicht wurde zu einem Trockenschichtgewicht von 28 g/m² aufgetragen und einige Sekunden bei über 100ºC gehärtet.
Die Proben wurden mit dem Handelsprodukt "3M 235U", erhältlich von 3M United Kingdom plc, welches den Vorteil eines flexiblen Bindemittelschichtklebstoffs hat, auf Schnittleistung an Holz und Delaminierungsbeständigkeit verglichen. Die Schnittleistung wurde bewertet, indem das Eichenholz gewogen wurde, das von 10 Stöcken, die durch Schleifproduktproben mit etwa 170 kPa Anwendungsdruck abgeschliffen wurden, entfernt wurde. Jeder Stock wurde 10 Sekunden abgeschliffen, wobei das Schleifmittel mit 850 U/min rotierte. Das Schleifmittel schliff das Eichenholz mit dem Korn.
Die Stütze für das Schleifmittel war ein Backup-Block aus Phenolharz, dessen Barcol-Härte mit etwa 89 ermittelt wurde.
Probe 7 von P180 zeigte eine Delaminierungsbeständigkeit und Schnittleistung, die denen des "3M 235U" Produktes entsprachen, wodurch gezeigt wurde, daß die Erfindung eine spröde Bindemittelbeschichtung verwenden kann, um Eigenschaften zu erzielen, die mit denen von "3M 235U" vergleichbar sind. Probe 6 von P80 zeigte etwas Delaminierung des Schleifmittels, was die Auswirkung einer Vergrößerung der Dicke der spröden Schleifschicht demonstriert. Nichtsdestoweniger lag die Schnittleistung des P80 noch bei 100% des Handelsproduktes "3M 235U", was bestätigt, daß die Polymerbeschichtung keine nachteilige Wirkung auf die Schnittleistung hat.

Beispiel 2

Beispiel 2 wurde unter Verwendung von P80 Mineral und der Bindemittel- und Deckschichtformulierungen von Beispiel 1 hergestellt. Folgende Trägersubstrate wurden verwendet.

Probe Träger

8 und 11 120 BLMFX/5LDPE/20EBA
9 und 12 120 BLMFX/5LDPE/30EBA
0 und 13 120 BLMFX/25EBA
Es wurden auch unterschiedliche Härtungsbedingungen bewertet. Eine Probenserie (Proben 8 bis 10) wurde 12 min bei 70ºC gehärtet und eine identische Probenserie (Proben 11 bis 13) wurde 30 min bei 105ºC gehärtet.
Die Prüfungen an den Proben offenbarten, daß die Proben 8 bis 10, gehärtet bei 70ºC, relativ leicht delaminierten. Die Proben 11 bis 13, gehärtet bei 105ºC, zeigten dagegen keine Delaminierung der Schicht, daß letztlich ein Versagen auftrat, war auf die innere Delaminierung des Papiers zurückzuführen.
Es wurde vermutet, daß das Erwärmen des Laminates über den Erweichungspunkt der Polymerschicht, die Verbindung zwischen dem Polymer und der Bindemittelschicht und möglicherweise dem Polymer und dem Trägerpapier wesentlich verbesserte. Um dies zu demonstrieren, wurden die Proben 8 bis 10, welche bei 70ºC gehärtet worden waren, in einem Ofen 15 min auf 120ºC erwärmt. Nach dem Abkühlen wurden die Proben erneut auf Delaminierungsbeständigkeit geprüft und es wurde gefunden, daß es in allen Fällen eine signifikante Verbesserung gab. Tatsächlich wiesen alle Proben 8 bis 10 nach dem Erwärmen auf 120ºC eine ähnliche Flexibilität und Delaminierungsbeständigkeit auf, wie die bei 105ºC gehärteten Proben 11 bis 13, zum Versagen kam es durch Delaminierung des Trägerpapiers. Daher wurde geschlußfolgert, daß das Schleifprodukt zur Verbesserung der Eigenschaften bevorzugt über den Erweichungspunkt der Polymerschicht erwärmt wird, z.B. für einige Minuten während des Herstellungsverfahrens, um eine gute Bindung des Polymers an den Bindemittelschichtklebstoff und an das Papier sicherzustellen.
Ein weiterer Beweis dafür wurde durch einen Versuch an dem beschichteten Papierträger selbst gefunden.
Eine Probe des extrudierten beschichteten Papiers 120 BLMFX/30EBA (Beispiel 14) wurde untersucht und es wurde gefunden, daß die Polymerschicht mit geringer oder ohne Delaminierung des Papiers selbst von dem Papier abgeschält werden konnte. Nach dem Erwärmen auf 105ºC für 15 min änderte die Oberfläche des Polymers ihr Aussehen von matt nach glänzend und sie konnte nicht ohne signifikante Delaminierung des Papiers von dem Papier abgeschält werden, was eine Verbesserung der Bindung zwischen dem Papier und dem thermoplastischen Harz anzeigt.

Beispiel 3

Weitere Versuche wurden an einem mit braunem Aluminiumoxid beschichteten Schleifmittel mit der Mineralkörnung P80 (Probe 15), das den 120 BLMFX/30EBA Träger verwendete, ausgeführt. Die Bindemittel- und Deckschichtformulierungen in Gewichtsteilen waren folgende:

Bindemittelschicht Gewichtsteile

Harnstoff-Formaldehyd-Harz 1,1
Vinylacetat/Vinylchlorid/Ethylen-Copolymer 1,0
Ammoniumchlorid/Hexamin-Harz-Härter 0,11

Deckschicht Gewichtsteile

Harnstoff-Formaldehyd-Harz 3,0
Vinylacetat/Vinylchlorid/Ethylen-Copolymer 1,0
Ammoniumchlorid/Hexamin-Harz-Härter 0,3
Die Schichtgewichte waren folgende:
Nachdem die Bindemittelschicht auf den Träger aufgebracht war, wurden die Schleifteilchen elektrostatisch aufgetragen und die erhaltene Konstruktion bei einer Temperatur von 105ºC gehärtet und etwa 30 min auf dieser Temperatur gehalten.
Die Deckschicht wurde gehärtet, indem die Temperatur schrittweise auf 75ºC erhöht und diese Temperatur etwa 30 min gehalten wurde. Eine Überschicht wurde aufgebracht wie in den Beispielen 7 und 8.
Beispiel 15 wurde unter Verwendung der Ausrüstung und der Bedingungen, wie sie routinemäßig für die Herstellung herkömmlicher Schleifprodukte auf Papierträger offensichtlich ohne Probleme verwendet werden, beschichtet.
Flexibilität und Delaminierungsbeständigkeit waren ausgezeichnet, wobei es zur Delaminierung durch Versagen innerhalb des Papiers kam. Die Schnittleistung der Probe 15 wurde wie in Beispiel 1 bewertet und es wurde gefunden, daß sie bei 270% des im Handel erhältlichen "3M 235U" Produktes lag.

Beispiel 4

Die Proben wurden unter Verwendung der folgenden Trägersubstrate hergestellt:

Probe Träger

16 120 BLMFX/10LDPE/15EMA
17 120 BLMFX/20LDPE/10EAA
18 120 BLMFX
Die folgenden Bindemittel- und Deckschichtformulierungen in Gewichtsteilen wurden verwendet:

Bindemittelschicht Gewichtsteile

Deckschicht Gewichtsteile

Harnstoff-Formaldehyd-Harz 3,0
Vinylacetat/Vinylchlorid/Ethylen-Copolymer 1,0
Ammoniumchlorid/Hexamin-Harz-Härter 0,3
Die Schichtgewichte waren folgende:

Härtungszyklen:

Nach dem Auftragen der Bindemittelschicht durch Walzenbeschichtung und dem elektrostatischen Auftragen der Schleifteilchen wurde das Flächengebilde 14 min bei 66ºC gehärtet.
Nach dem Aufbringen der Deckschicht wurde die Beschichtung gehärtet, indem die Temperatur auf 65ºC erhöht und diese Temperatur etwa 1 h gehalten wurde.
Die Proben 16 und 17 waren delaminierungsbeständig, wogegen das unbeschichtete Papier (Probe 18) eine signifikante Delaminierung aufwies, was anzeigt, daß EMA, EAA auch geeignete Polymere für diese Erfindung sind.

Claims

1. Beschichtetes Schleifflächengebilde, umfassend:

(a) ein Trägersubstrat mit mindestens einer Hauptoberfläche,

(b) eine Vielzahl von Schleifkörnern,

(c) ein Bindemittel, das die Vielzahl von Schleifkörnern an die mindestens eine Hauptoberfläche des Trägersubstrates bindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat Papier mit einem Flächengewicht von nicht mehr als 150 g/m², welches im wesentlichen frei von Lateximprägniermitteln ist, umfaßt und auf der mindestens einen Hauptoberfläche mit der Vielzahl von Schleifkörnern ein oder mehrere extrudierte Schichten von einem thermoplastischen Polymer aufweist.

2. Beschichtetes Schleifflächengebilde gemäß Anspruch 1, wobei das Papier ein Flächengewicht von weniger als 120 g/m² aufweist.

3. Beschichtetes Schleifflächengebilde gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das thermoplastische Polymer aus Ethylen/Butylacrylat-Copolymer, Ethylen/Methylacrylat- Copolymer, Ethylen/Acrylsäure-Copolymer und Polyethylen niederer Dichte ausgewählt ist.

4. Beschichtetes Schleifflächengebilde gemäß Anspruch 3, wobei das Polymer ein Copolymer aus Ethylen und Butylacrylat ist.

5. Beschichtetes Schleifflächengebilde gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche des Papiers mit coextrudierten Schichten aus Polyethylen niederer Dichte und Ethylen/Butylacrylat-Copolymer beschichtet ist.

6. Beschichtetes Schleifflächengebilde gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Schichtgewicht des extrudierten thermoplastischen Polymers 10 bis 50 g/m² beträgt.

7. Beschichtetes Schleifflächengebilde gemäß Anspruch 6, wobei das Schichtgewicht des extrudierten thermoplastischen Polymers 20 bis 35 g/m² beträgt.

8. Beschichtetes Schleifflächengebilde gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei das Schichtgewicht des extrudierten thermoplastischen Polymers 25 bis 30 g/m² beträgt.

9. Beschichtetes Schleifflächengebilde gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das extrudierte thermoplastische Polymer pigmentiert ist.

10. Beschichtetes Schleifflächengebilde gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Papier weniger als 3 Gew.-% Lateximprägniermittel enthält.

11. Beschichtetes Schleifflächengebilde gemäß Anspruch 10, wobei das Papier frei von Lateximprägniermitteln ist.

12. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Schleifflächengebildes, welches das Bereitstellen eines Papiers mit einem Flächengewicht von nicht mehr als 150 g/m², welches im wesentlichen frei von Lateximprägniermitteln ist, das Extrudieren einer oder mehrerer Schichten von einem thermoplastischen Polymer über eine Oberfläche des Papiers und das Auftragen eines Schleifmediums, umfassend Schleifkörner, die in ein Bindemittel eingebettet sind, über das thermoplastische Polymer umfaßt.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das beschichtete Material für eine Dauer von mindestens 5 min. auf eine Temperatur über dem Erweichungspunkt des thermoplastischen Polymers erwärmt wird.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Material für eine Dauer von 15 bis 30 min über die Tg des Polymers erwärmt wird.

15. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Papier, die thermoplastischen Polymere und die Schichtgewichte des extrudierten thermoplastischen Polymers aus jenen ausgewählt sind, die in einem der Ansprüche 2 bis 11 definiert sind.